Long-term observations of tropospheric NO2, SO2 and HCHO by MAX-DOAS in Yangtze River Delta area, China

Yangtze River Delta(YRD) area is one of the important economic zones in China. However,this area faces increasing environmental problems. In this study, we use ground-based multi-axis differential optical absorption spectroscopy(MAX-DOAS) network in Eastern China to retrieve variations of NO_2, SO_2, and formaldehyde(HCHO) in the YRD area. Three cities of YRD(Hefei, Nanjing, and Shanghai) were selected for long-term observations. This paper presents technical performance and characteristics of instruments, their distribution in YRD, and results of vertical column densities(VCDs) and profiles of NO_2, SO_2, and HCHO.Average diurnal variations of tropospheric NO_2 and SO_2 in different seasons over the three stations yielded minimum values at noon or in the early afternoon, whereas tropospheric HCHO reached the maximum during midday hours. Slight reduction of the pollutants in weekends occurred in all the three sites. In general trace gas concentrations gradually reduced from Shanghai to Hefei. Tropospheric VCDs of NO_2, SO_2, and HCHO were compared with those from Ozone Monitoring Instrument(OMI) satellite observations, resulting in R~2 of 0.606, 0.5432, and 0.5566, respectively. According to analysis of regional transports of pollutants, pollution process happened in YRD under the north wind with the pollution dissipating in the southeast wind. The feature is significant in exploring transport of tropospheric trace gas pollution in YRD, and provides basis for satellite and model validation.     

利用集合均方根卡尔曼滤波反演重庆地区SO2源排放

传统的"自下而上"清单方法估算的排放清单,其数据的准确性和时效性存在较大局限.基于集合均方根卡尔曼滤波的源清单反演方法,结合WRF-CMAQ（天气研究和预报模式-公共多尺度空气质量模型）被用于对以清华大学编制的2010年MEIC（中国多尺度排放清单模型）排放清单为基础制作的重庆地区SO₂排放源进行反演试验以解决准确性和时效性问题,试验时间段为2014年10月15-31日,重庆主城17个环境空气质量国控监测点ρ（SO₂）小时观测资料用于反演及检验.结果表明:该方法能够反演重庆地区SO₂源排放量,随着反演次数增加,基于反演排放源预报的ρ（SO₂）预报误差持续减小,反演4次后预报误差达到比较低的稳定的水平,其均方根误差均低于20 μg/m3. 5次反演后SO₂源排放量用于2014年10月24-29日每天起始预报,其预报的站点、时间平均的均方根误差从100~400 μg/m3降至30 μg/m3以下.反演中应用局地化尺度减少集合取样误差影响,54与81 km两个局地化尺度反演结果对预报改善效果相当,表明主要影响重庆主城ρ（SO₂）的源排放位于主城及周边地区,也说明内源排放对重庆主城ρ（SO₂）起主要影响.反演后面源排放量主城区降幅约为30 kg/（d·km2）,周边地区减少10~20 kg/（d·km2）,主城区部分SO₂点源排放量降幅约为25 kg/（d·km2）,说明2010年MEIC排放清单高估了试验时段重庆地区的SO₂排放.      

上海城区二次气溶胶的形成:光化学氧化与液相反应对二次气溶胶形成的影响

二次组分是大气细颗粒物中最重要的组成部分之一.本研究旨在探究上海城区大气气溶胶颗粒物中二次组分的贡献及其形成的主要影响因素.利用高分辨率飞行时间气溶胶质谱仪(HR-TOF-AMS)对上海城区春季及夏季的亚微米颗粒物(PM_1)进行实时的在线表征,发现有机物是PM_1中最主要的组成部分,占比为55%;其次是硫酸盐(24%)与硝酸盐(10%).进一步结合正交矩阵因子解析模型(PMF)对有机组分进行了来源解析.结果表明,一次有机气溶胶(POA)与二次有机气溶胶(SOA)分别占总有机物浓度的34%与66%; POA主要来自机动车源与餐饮源的贡献,且在春季和夏季对有机物的贡献趋于稳定.观测期间共观察到3个二次气溶胶显著生成的过程:其中,春季二次组分的显著增长过程以硫酸盐和老化的有机气溶胶在正午时段上升显著为主要特征,主要受光化学氧化过程的促进;夏季二次组分的显著生成过程主要是液相反应与光化学氧化共同促进的结果,如液相反应过程中,硝酸盐浓度与颗粒相水含量有较好的相关性(R~2=0. 72),而光化学氧化期间SOA浓度与大气氧化性(O_x)有较好的相关性.总体而言,二次组分是上海城市大气气溶胶颗粒物中最重要的组成部分,二次有机与无机组分在PM_1颗粒物中占比分别为35. 5%和43%,光化学氧化与液相反应对二次组分的形成有显著的促进作用.     

绿狐尾藻分解及其氮磷释放特征

湿地植物分解释放的有机物、氮和磷等会影响人工湿地对水体污染物的去除效率和出水水质.本研究采用尼龙分解袋法研究绿狐尾藻在水中的分解过程及氮磷释放特征.连续60 d的室内分解实验结果表明,前期(0～4 d)绿狐尾藻干物质质量损失速率快,占初始质量的30%,中后期(4～60 d)损失速率减慢,占31%.拟合的一级动力学分解速率常数为0. 014 2d-1,降解50%的干物质需48. 8 d.水体p H值变化情况:0～4 d从7. 60迅速下降到5. 63;中期趋于稳定;后期p H值回升到7. 03,与空白对照值接近.绿狐尾藻分解实验系统中溶解氧浓度从6. 30 mg·L~(-1)在1 d内快速下降到0. 61 mg·L~(-1),表明该系统一直处于厌氧状态.水中总氮浓度0～2 h迅速增加达到12. 7 mg·L~(-1),2 h～32 d逐渐降低到5. 80 mg·L~(-1),后期略有增加;总磷浓度初期快速升高到18. 4 mg·L~(-1),中后期趋于稳定.有机氮(占总氮65. 7%～94. 7%)和无机磷(占总磷61%～89%)是主要的氮磷存在形态.绿狐尾藻体内总氮含量随分解时间逐渐增加,从24. 3 mg·g~(-1)上升到60. 5 mg·g~(-1);而总磷含量从6. 09 mg·g~(-1)下降到2. 94 mg·g~(-1)后波动稳定,这可能与附着微生物对氮的吸收和固定等因素有关.本研究证实绿狐尾藻分解过程释放的氮磷营养元素会引起水体二次污染,为此采用合理的植物收割管理措施非常必要.     

天津地区污染天气分析中垂直扩散指标构建及运用

基于255 m气象塔风、温和PM_(2.5)质量浓度数据获取天津地区大气稳定度特征,利用中尺度大气化学模式构建垂直扩散指数β和φ,开展天津地区污染天气预报中垂直扩散分析方法的研究,以期提高天津地区重污染天气预报预警准确率.结果表明,综合运用大气稳定度、基于边界层平均PM_(2.5)质量浓度与近地面PM_(2.5)质量浓度比值构建的垂直扩散指数β,基于数值模式chemdiag功能(以CO为示踪物)构建的垂直扩散指数φ,可以在污染天气预报中较好的进行大气污染物垂直扩散能力分析.当07:00~08:00和18:00~20:00大气稳定度为D及以上时,相比大气稳定为C及以下时,出现重污染天气的概率成10倍的增加;使用垂直扩散指数β和风速双重指标判断重污染天气,比单一的风速指标判断准确率提升67%;垂直扩散指数φ与近地面PM_(2.5)质量浓度相关系数达到0.8,当垂直扩散指数φ小于0.52时,重污染天气概率75%,可识别59%的重污染天气.     

雨水管道沉积物沉淀特性及主要污染物含量分布

为研究雨水管道沉积物的沉淀特性和污染物含量特征,在武汉市对建筑(包括住宅小区)、道路和绿地3种用地类型的雨水管道沉积物进行采样和分析.沉速测试结果表明,高沉速颗粒在沉积物中所占比例较大,建筑和道路中沉积物的沉速分布相对稳定,建筑、道路和绿地中沉速大于3.00 cm·s-1的颗粒占比依次递减.粒径分析结果显示,沉积物粒径分布范围较广,大多集中在13~628μm范围内,且同种用地类型沉积物粒径分布差别很大.按沉降速度将每份沉积物样品分为7组,分析化学需氧量(COD)、总氮(TN)和总磷(TP)含量与沉降速度之间的联系.结果表明,沉速大于3.00 cm·s-1和小于0.025cm·s-1的沉积物中污染物含量较低,但高沉速沉积物中污染物总量较多.对沉积物样品整体而言,各用地类型COD含量从高到低依次为:绿地道路建筑;道路雨水管道沉积物中氮含量较低,其余两种用地中含量接近;建筑区雨水管道沉积物中磷含量较高,其余两种用地中含量接近;COD∶TN在(51~89)∶1之间,COD∶TP的值在(102~186)∶1之间.     

合肥市典型交通干道大气苯系物的特征分析

为研究合肥市交通干道大气苯系物污染状况,采用自主研制的差分吸收光谱(DOAS)系统,于2016年3月期间对合肥市交通主干道大气苯系物(苯、甲苯、间二甲苯和邻二甲苯)以及常规污染物NO_2、SO_2等进行了连续观测.观测结果显示,观测期间苯、甲苯、间二甲苯和邻二甲苯的平均浓度分别为:21.7、63.6、33.9和98.7μg·m~(-3).与国内外其它城市比较显示,合肥市交通干道大气苯和甲苯的污染处于中等水平,二甲苯的污染较为严重.结合观测期的间风速风向、T/B特征比值以及与CO等污染物的相关性,对上述苯系物来源进行了分析,结果显示观测期间T/B值为0.8~4.5,苯、甲苯与CO的相关性系数R分别为0.55和0.34.表明机动车尾气排放是观测区域苯和甲苯的主要排放源之一,同时也受到周边工业园区排放的影响,二甲苯的主要排放源为观测地点北偏东方向的涂料行业工业园区.苯和甲苯的夜间高浓度峰值分析结果表明,夜间的高浓度苯和甲苯可能主要来源于观测地点周边工业园区的排放.观测区域苯系物的臭氧生成潜势(OFP)表现为邻二甲苯间二甲苯甲苯苯,其中二甲苯的OFP占总OFP的85%,表明周边工业园区的排放对该地区臭氧生成的贡献较大.     

某工业城市大气颗粒物中PAHs的粒径分布及人体呼吸系统暴露评估

为研究大气颗粒物中多环芳烃(PAHs)的粒径分布与富集特征,确定不同粒径颗粒物中PAHs在人体呼吸系统各器官内的沉积浓度,以准确评估其人体呼吸暴露风险,选择东北某钢铁工业城市,在采暖期和非采暖期按粒径对大气颗粒物进行分级采样,用高效液相色谱对样品中14种优控PAHs进行分析,并将大气颗粒物粒径分级采样技术与人体呼吸系统内部沉积模型结合进行呼吸暴露评估.结果表明,大气颗粒物中总PAHs浓度变化显著,采暖期(743. 9 ng·m~(-3))高于非采暖期(169. 0ng·m~(-3)),多数PAHs(86. 3%～89. 9%)与大气中粒径≤2. 06μm的细颗粒有关;中低分子量PAHs单体呈双峰型,峰值位于1. 07～2. 06μm和7. 04～9. 99μm.高分子量PAHs呈单峰分布,峰值位于1. 07～2. 06μm; 4环PAHs的含量占主导优势,为总PAHs浓度的40%;在采暖期和非采暖期分别有53. 3%和55. 3%的颗粒态PAHs沉积在人体呼吸系统的不同器官,分别采用人体呼吸系统沉积浓度和在颗粒物上的总浓度计算该地区人群颗粒态PAHs的终身致癌超额风险值(incremental lifetime cancer risk,R值),成人的R值在采暖期为1. 3×10-5和2. 9×10-5,非采暖期为3. 1×10-6和6. 0×10-6,儿童的R值在采暖期为1. 0×10-5和2. 3×10-5,非采暖期为2. 4×10-6和4. 8×10-6.结果表明,颗粒物粒径分布直接影响呼吸系统沉积浓度和致癌风险,将分级采样技术与呼吸系统沉降模型结合方法可有效避免对人体呼吸暴露量的过度评估.     

上海郊区家庭妇女PM2.5重金属组分暴露水平、来源与健康风险

为了解上海市郊区家庭妇女大气PM_(2.5)及重金属组分的呼吸暴露水平和潜在健康风险,于2017年2月至2018年6月使用SKC个体采样泵对松江区143位研究对象开展个体暴露监测,采用能量色散X射线荧光光谱法(ED-XRF)测定PM_(2.5)中13种无机元素的质量浓度.利用PMF源解析技术和美国环保署推荐的健康风险评价模型,对Ni、V、Cr、Mn、As和Pb的来源和暴露风险进行分析.结果表明,家庭主妇PM_(2.5)的年日均暴露浓度为40. 61μg·m-3,普遍高于周边环境监测站点的PM_(2.5)平均水平.Cr(Ⅵ)和As的致癌健康风险超过了可接受水平(10-6); V、Cr(Ⅵ)、Mn、Ni和As的非致癌风险处于安全水平,但5种元素的非致癌风险加和超出了安全阈值( 1). PM_(2.5)中10种无机元素(Al、Ti、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Zn、As和Pb)的主要来源包括扬尘与室内源混合源(43. 8%)、工业冶炼尘(34. 6%)、燃煤(14. 5%)和燃油(7. 2%).根据源类的健康风险评价结果,应进一步加强工业冶炼和化石燃料燃烧综合防控.     

电子束辐照降解水体中的金霉素

应用电子加速器辐照研究了去除水体中金霉素（30mg/L）的过程,初步探索了剂量、不同气氛条件下叔丁醇的存在、pH值、无机阴离子等对去除效率的影响.然后根据实验结果推测了降解机理和降解产物毒性.结果表明：电子束辐照能高效去除水体中的金霉素,且还原性粒子占主导作用;pH值为碱性时利于金霉素的去除;0.005mol/LCO₃^2-、SO₄^2-、NO₃^-或Cl^-的存在能促进其去除.根据超高效液相色谱-质谱（UHPLC-MS）对降解产物的分析,并结合理论计算推测出10种降解产物和相应的降解途径.之后的费氏弧菌毒理实验数据显示：降解后水样的生物毒性随着吸收剂量先增高后缓慢降低,但辐照5.0kGy后毒性依然较大.